CN103715499B - 环形uhf近场rfid读写器天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开环形UHF近场RFID读写器天线，该天线为平面结构，包括馈电端口、环形结构、寄生弧形贴片和介质基板；环形结构由第一弧形贴片、第二弧形贴片和匹配电阻组成；第一弧形贴片的一端连接馈电端口，另一端与匹配电阻相连；匹配电阻另一端与第二弧形贴片的一端相连；第二弧形贴片的另一端与馈电端口相连；寄生弧形贴片位于环形结构外部，其内边缘到环形结构外边缘的距离处处相等；环形结构、寄生弧形贴片和馈电端口均在介质基板的同一表面上；天线整体关于天线中轴线对称。本发明具有近场磁场强度高、远场增益低、体积小、加工制作方便、成本低等特点，适用于各种超高频近场RFID***，特别适用于超低功耗手持设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种近场射频识别（RFID）读写器天线，具体是涉及一种环形超高频（UHF)近场RFID读写器天线。
背景技术
射频识别（RFID）技术，是一种通过无线射频方式进行非接触式的双向数据通信，对目标加以识别并获取相关信息的自动识别技术。射频识别的工作频率包括低频（135KHz）、高频（13.56MHz）、超高频（860-960MHz）及微波频段（2.4GHz以上），其中高频和超高频的应用最为广泛。读写器天线在射频识别***中起着不可替代的作用。近年来随着单品级RFID应用的提出，利用近场耦合的超高频RFID***得到越来越多的重视。超高频近场RFID***更多的应用于零售业、医药业、贵重物品追踪等领域。超高频近场RFID读写器天线成为近场RFID***的关键技术之一，它直接影响读取范围和读取距离。
近年来超高频近场RFID读写器天线得到了很多研究，设计出了各种基于分段耦合环形天线、左手材料加载环形天线、集总电容加载相位补偿的环形天线等等。这些天线共同特点是采用某种方法使得环上的电流保持同相，这样就可以在环形区域内感应出较强的较均匀的磁场。但现在的这些天线基本都是电大天线，天线体积较大，磁场强度不高，很难用于低功耗移动便携手持设备中。因此可用于移动手持设备的小型化UHF近场RFID读写器天线具有很大的需求。
发明内容
本发明为了克服电大近场天线因体积较大无法用于移动便携设备的不足，适应手持设备低功耗的特点，而提出来一种环形UHF近场RFID读写器天线。该天线近场磁场强度高、远场增益小、体积小、成本低、加工方便。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
环形UHF近场RFID读写器天线，所述天线为平面结构，包括馈电端口、环形结构、寄生弧形贴片和介质基板；环形结构由第一弧形贴片、第二弧形贴片和匹配电阻组成；第一弧形贴片的一端连接馈电端口，另一端与匹配电阻的一端相连；匹配电阻另一端与第二弧形贴片的一端相连。第二弧形贴片的另一端与馈电端口相连；寄生弧形贴片位于环形结构外部，其内边缘到环形结构外边缘的距离处处相等；环形结构、寄生弧形贴片和馈电端口均在介质基板的同一表面上；天线整体关于天线中轴线对称；
所述的环形结构可以为圆环、方环、椭圆环、菱形环及其它环形。
所述的第一弧形贴片、第二弧形贴片、馈电端口和寄生弧形贴片的材质可以为铜、银、导电油墨及其它具有较好导电性能的材料。
所述的介质基板为陶瓷材料、环氧树脂玻璃纤维板和纸质材料及其它PCB介质基板。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
（1）天线为平面结构，结构简单，易于加工。
（2）天线尺寸小，具有小型化的特点，可以用于各种UHF近场RFID***中，特别适合用于便携手持的***中。
（3）天线近场区域内磁场强度强，利用较低的功率也可得到较大的读取距离，可用于各种低功耗的UHF近场RFID***中。
（4）天线远场增益低，可以减少对其它远场标签的误读，同时可以减少对其他***的干扰。
（5）本发明可应用在UHF频段，即：860MHz～960MHz频段内，是一款具有较强近场磁场强度和较低远场增益的近场RFID读写器天线。
附图说明
图1是环形UHF近场RFID读写器天线的结构示意图；
图2是实施例中天线的反射系数曲线图；
图3是实施例中天线的增益曲线图；
图4是实施例中仿真得到的天线表面上沿X轴和Y轴变化的磁场强度Hz曲线。
具体实施方案
下面结合附图对本发明的具体实施过程作详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于下例表述的范围。
参照图1,本发明的环形UHF近场RFID读写器天线由馈电端口1、环形结构2、寄生弧形贴片3和介质基板4组成；环形结构由第一弧形贴片5、第二弧形贴片6和匹配电阻7组成；第一弧形贴片5的一端连接馈电端口1，另一端与匹配电阻7的一端相连；匹配电阻7另一端与第二弧形贴片6的一端相连。第二弧形贴片6的另一端与馈电端口1相连；寄生弧形贴片3位于环形结构外部，其内边缘到环形结构外边缘的距离处处相等；馈电端口1、环形结构2和寄生弧形贴片3均印制在介质基板4的同一表面上；天线整体关于天线中轴线对称；
在本实施例中环形结构2采用的是圆环结构,第一弧形贴片5、第二弧形贴片6和寄生弧形贴片3均为圆弧。在介质基板确定的情况下，圆环结构2的半径、寄生弧形贴片3的弧长以及寄生弧形贴片3与圆环结构2之间的间距共同影响天线的谐振频率。圆环结构2的半径越大其周长越长，电流流过的路径越长，天线谐振频率越低。寄生弧形贴片3相当于对环形结构2进行电感、电容加载。寄生弧形贴片3的弧长增大，同时增大了加载电感和加载电容，从而使天线谐振频率越小。减小寄生弧形贴片3与环形结构2之间的间距，使得加载电容增大，从而使得天线谐振频率减小。匹配电阻7是用来对天线进行匹配的，选取合适大小的匹配电阻7，可以使得天线得到较好的匹配。由于匹配电阻7消耗一定的能量，使得天线的远场增益很低。由于环形结构2的周长小于天线工作频率波长的一半，电流在环形结构2和寄生弧形贴片3上保持同相，这样就使得在环形结构2内部产生了较强的磁场。相对于电大近场天线而言，由于天线尺寸较小，相同输入功率下环形结构2内部产生的磁场强度远大于电大近场天线产生的磁场，这样在小功率输入的情况下，本发明天线仍然具有较强的磁场。
本实例的天线整体尺寸为30mm×30mm×1mm，环形结构2的半径为13mm，寄生弧形贴片3与环形结构间的间距为0.5mm。从图2结果可以看出在UHFRFID所在的频段（860-960MHz）内，天线反射系数均小于-10dB。从图3可以看出天线远场增益在整个频带内均小于-13.5dBi。从图4可以看出，在天线表面上沿X轴和Y轴的磁场强度大于16（A/m，dB)，远大于其它形式的UHF近场RFID读写器天线所产生的磁场强度。此实施例中天线只是对天线结构尺寸的举例，并不代表此结构能做到的最小值。
本发明环形UHF近场RFID读写器天线为平面结构，结构简单，体积小，易于加工，成本低，能产生较强的磁场，可用于各种UHF近场RFID***中，特别适用于低功耗的手持设备。此天线远场增益低，可以减少对其它远场标签的误读，同时可以减少对其他***的干扰。
Claims (1)
1.环形UHF近场RFID读写器天线，其特征在于：天线为平面结构，包括馈电端口、环形结构、寄生弧形贴片和介质基板；其中环形结构由第一弧形贴片、第二弧形贴片和匹配电阻组成；第一弧形贴片的一端连接馈电端口，另一端与匹配电阻的一端相连，匹配电阻的另一端与第二弧形贴片的一端相连；第二弧形贴片的另一端与馈电端口相连；寄生弧形贴片位于环形结构外部，其内边缘到环形结构外边缘的距离处处相等；环形结构、寄生弧形贴片和馈电端口均在介质基板的同一表面上；天线整体关于天线中轴线对称；所述的环形结构为圆环、方环、椭圆环或菱形环；所述的第一弧形贴片、第二弧形贴片、馈电端口和寄生弧形贴片的材质为铜、银或导电油墨；所述的介质基板为陶瓷材料、环氧树脂玻璃纤维板或纸质材料；环形结构的周长小于天线工作频率波长的一半。
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